Desenvolvimento de uma termobalança para ensaios sob pressão de macropartículas

Abstract

O Brasil é o maior produtor e consumidor mundial de carvão vegetal, dos quais 75% vão somente para a indústria siderúrgica. Os processos de carbonização usam geralmente tecnologias de pequena escala com baixos rendimentos gravimétricos e de difícil controle. Novas tecnologias de produção estão sendo desenvolvidas para melhorar esses números. Estudos recentes têm mostrado que o uso de pressão pode aumentar os rendimentos gravimétricos em 50% e reduzir consideravelmente o tempo de carbonização. Para uma melhor compreensão das reações químicas que ocorrem durante o processo projetou-se uma termobalança com capacidade maior que 200g, onde macro-partículas serão suspensas e carbonizadas em ambiente controlado. O projeto conceitual foi baseado em tecnologias existentes e foi desenvolvido após uma revisão bibliográfica. Para evitar danos ao subsistema de medição de massa, que estará em contato direto com a atmosfera do reator de pirólise ou a realização de ensaios em condições de operação impróprias, um trocador de calor e um subsistema de injeção de gás inerte também foram projetados. A instalação experimental permitirá o monitoramento da perda de massa da amostra de madeira, o controle da temperatura e da pressão interna durante a carbonização. Com foco em aspectos técnicos do equipamento e seus subsistemas, essa dissertação apresenta os primeiros estudos realizados para o desenvolvimento de uma balança termogravimétrica além de uma descrição das etapas cumpridas. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Brazil is the world’s leadind producer and consumer of charcoal, 75% of which goes to the steel industry alone. The carbonization processes are generally small-scale technologies that are difficult to control and have relatively low gravimetric yields. New technologies are currently being developed to improve those figures. Recent studies have shown that using pressure can increase gravimetric yields by 50% and considerably reduce carbonization time. For a better understanding of the chemical reactions that occurs during the process, a “macro-thermogravimetric” apparatus, with >200g capacity, was developed. Macro-particles will be suspended and carbonized in a controlled environment. The conceptual project was based on existing technology and was developed after a bibliographic revision. To prevent damage the measurement weight subsystem, which is in direct contact with the atmosphere of the pyrolysis reactor, or the testing of an improper operating conditions a heat exchanger and an inert gas injection subsystem were also designed. The experimental set-up allows the overall weight loss of the wood sample, the control of internal temperature and pressure during carbonization. With a focus on technical aspects of equipment and their subsystems, this dissertation presents the first studies to develop a thermogravimetric balance and a description of steps taken.